В A1689-zD1, одной из самых далеких из наблюдаемых галактик, по времени не намного отстоящей от момента Большого Взрыва, астрономы неожиданно обнаружили пыль и другие признаки быстрой эволюции. В этих наблюдениях телескоп ALMA зарегистрировал слабое излучение холодной пыли, а Очень Большой Телескоп ESO измерил расстояние до галактики.

Группа астрономов под руководством Дэрэха Уотсона (Darach Watson) из Копенгагенского университета на Очень Большом Телескопе  с приемником X-shooter и на телескопе ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) наблюдали одну из самых молодых и удаленных из всех известных нам галактик. Они с удивлением обнаружили, что эта звездная система проэволюционировала гораздо сильнее, чем ожидалось. Содержание пыли в ней соответствовало очень зрелой стадии развития галактик, на которой находится, например, наша Галактика Млечного Пути. Наличие пыли критично для появления жизни, потому, что пыль участвует в формировании планет, сложных молекул и нормальных звезд.

Целью наблюдений была галактика A1689-zD1 [1]. Она доступна наблюдениям только благодаря гравитационной линзе, создаваемой живописным скоплением галактик Abell 1689, которое оказалось на пути света от далекой галактики к Земле. Гравитационное линзирование усиливает яркость галактики более, чем в девять раз. Не будь этого, зарегистрировать крайне слабое излучение молодой галактики было бы невозможно.

Свет от A1689-zD1 доходит до нас из эпохи, когда Вселенной было всего около 700 миллионов лет, то есть ее возраст составлял пять процентов нынешнего [2]. Размер этой галактики довольно скромный — она гораздо менее массивная и яркая, чем многие другие изучавшиеся прежде объекты, находящиеся на той же стадии развития ранней Вселенной, и поэтому она может считаться более типичным примером галактики той эпохи.

A1689-zD1 была выбрана для наблюдений потому, что она находится в периоде реионизации – эпохи, когда первые звезды принесли с собой космический рассвет. Их свет впервые осветил ставшую прозрачной Вселенную и положил конец длительной стагнации Темных Веков. Все ожидали, что эта галактика будет выглядеть как недавно образовавшаяся система. На деле же она поразила наблюдателей сложным химическим составом и обилием межзвездной пыли в своем составе.

“После того, как расстояние до галактики было подтверждено наблюдениями на VLT”, -- говорит Уотсон, -- “мы поняли, что она уже наблюдалась ранее на ALMA. Мы не рассчитывали получить слишком много данных, но должен сказать, что мы были в полном восторге, когда осознали, что ALMA не только наблюдала эту галактику, но и получила ее подробные характеристики. Ведь одной из главных целей создания Обсерватории ALMA были поиски галактик в ранней Вселенной по излучению их холодного газа  и пыли — именно это и произошло в данном случае!”

Эта галактика считалась космическим «младенцем» по возрасту — но оказалось, что это дитя развито не по годам. Считается, что в таком возрасте должен регистрироваться недостаток химических элементов тяжелее водорода и гелия, недостаток металлов – они ведь образуются в недрах звезд и выбрасываются далеко в окружающее пространство, когда звезды взрываются или кончают свою жизнь каким-нибудь другим способом. Этот процесс должен повторяться на протяжении многих поколений звезд, чтобы в конечном счете образовалось заметное количество таких сравнительно тяжелых элементов, как углерод, кислород и азот.

К общему удивлению, оказалось, что галактика A1689-zD1 излучает большое количество энергии в далеком инфракрасном диапазоне [3], показывая тем самым, что в ней же образовалось много звезд и имеется значительное количество металлов. Выяснилось также, что в ней не только присутствует пыль, но что отношение количества пыли к количеству газа такое же, какое бывает у гораздо более зрелых галактик.

“Хотя происхождение космической пыли в точности еще неизвестно”, -- говорит Уотсон, -- “наши наблюдения показывают, что она образуется очень быстро, в течение всего лишь 500 миллионов лет после начала звездообразования во Вселенной. В космологическом масштабе это время очень короткое, если учесть, что большинство звезд живут миллиарды лет”.

Наблюдения заставляют предполагать, что звезды в A1689-zD1 либо формировались постоянно, хоть и при умеренном темпе звездообразования, в течение 560 миллионов лет после Большого Взрыва, либо галактика пережила период крайне интенсивной вспышки звездообразования перед тем, как войти в фазу угасающего звездообразования.

До получения этих результатов астрономы высказывали опасения, что столь далекие галактики не могут быть зарегистрированы. Однако, A1689-zD1 удалось зарегистрировать за короткое время наблюдений на ALMA.

Соавтор работы Кирстен Кнудсен (Kirsten Knudsen) из Технического университета Чалмерса в Швеции (Chalmers University of Technology) добавляет: “Эта поразительно запыленная галактика, по всей видимости, только что пережила бурный период рождения своего первого поколения звезд. В будущем телескоп ALMA поможет нам найти больше таких галактик и узнать, что именно заставляет их развиваться так быстро”.

Примечания

[1] Эта галактика была раньше отмечена на снимках, полученных с телескопом Хаббла; подозревалось, что она очень далекая, но точно измерить расстояние до нее тогда не представлялось возможным.

[2] Это расстояние соответствует красному смещению 7.5.

[3] Благодаря расширению Вселенной, ко времени, когда это излучение достигает Земли, его длина волны смещается в область миллиметровых волн и оно может быть зарегистрировано телескопом ALMA.

Узнать больше

Результаты исследования представлены в статье “A dusty, normal galaxy in the epoch of reionization”, D. Watson и др., которая появится в онлайн-выпуске журнала Nature от 2 марта 2015 г.

Состав исследовательской группы: D. Watson (Niels Bohr Institute, University of Copenhagen, Denmark), L. Christensen (University of Copenhagen), K. K. Knudsen (Chalmers University of Technology, Sweden), J. Richard (CRAL, Observatoire de Lyon, Saint Genis Laval, France), A. Gallazzi (INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Firenze, Italy) и M. J. Michalowski (SUPA, Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, UK).

Ссылки

• Текст научной статьи
• Фото VLT
• Фото ALMA

Перевод пресс-релиза ESO eso1508 http://www.eso.org/public/russia/news/eso1508/